虚拟电厂资源分类、潜力分析及验证方法有哪些？

下面从资源分类、资源匹配、潜力分析和资源聚合策略等方面对支撑虚拟电厂运营 的关键技术与方法进行详细介绍。

1.虚拟电厂资源分类

虚拟电厂资源分类涉及多种维度，可以基于不同的原则和方法进行，如能源类型、地 理位置、运营模式等。在不同维度下，由于分类的根据与目标存在不同，分类结果也有所 区别，需要考虑资源之间的相互关系和相互作用，以及其在虚拟电厂系统中的作用和影响。 在不考虑资源互动场景的最基础的分类方式中，可将虚拟电厂资源分为可调节负荷（包 括柔性调节负荷和可中断负荷等）、分布式电源（如分布式光伏、分布式风电机组、小型 燃机等）以及储能设备。可调节负荷涉及工业、建筑、交通等资源，可按照中断调控和柔 性调控、响应时间尺度进一步分类。

根据参与互动场景，可分为可调节电量资源和可调整电力资源，进一步细分为调峰、 调频以及可再生能源消纳资源。调峰资源包括降低电网高峰、填补低谷的负荷、储能和部 分具有调控能力的分布式电源。调频资源是指当电力系统发生有功功率缺额而导致频率降 低时，能够按照一定的控制策略帮助电网恢复频率的资源，目前仅储能设备具备相应技术 能力。可再生能源消纳负荷是指能够应对风电等可再生能源随机性、间歇性的具备快速调 整理的负荷，主要包括蓄热电锅炉、双蓄空调以及蓄电池等设备。从调整电力的实际效果 和应用约束角度分析，可调整电力资源包括可转移资源、可调控资源和可中断资源。 虚拟电厂资源分类后，资源之间的相互关系和相互作用的分析、不同类型资源的协同 调度优化可提高虚拟电厂的整体效益。

2.多元场景下虚拟电厂资源分析

虚拟电厂资源具有很强的资源禀赋依赖性，而资源禀赋与地理位置和行业部门密切相 关，如城市的建筑楼宇和工业园区的企业设备等，有不同的用电主体和用户侧资源，并且 存在空间和时间的关联和互补性，需要加强协调和有效利用。

（1）建筑场景下虚拟电厂资源分析

建筑具有用电强度大 2 的特点，包括建筑中的空调负荷、电动汽车、移动基站、分布 式电源、储能、充电站等。基于建筑场景建设的虚拟电厂与电网实现互动，可以降低电网 尖峰负荷，提升电力系统在尖峰负荷时期的运行可靠性与安全性。 以上海市为对象分析公共建筑的用电情况。上海市 2019-2021 年公共建筑逐月用电强 度如图 4 所示 [10]，通过与两年同期数据进行对比分析可以发现，每年 4 至 10 月建筑逐月 用电强度变化情况与气温变化趋势相符，如 2020 年 8 月平均温度高于 2019 年同期，对 应 8 月能耗明显高于同期。 夏季随着气温不断升高，空调制冷需求逐渐增大，导致用电量也逐渐增加，因此夏季 楼宇建筑空调负荷是造成电网尖峰负荷的重要原因，也是建设虚拟电厂的重要资源。在办 公建筑、商业楼宇中空调负荷占比较大，约占建筑负荷的 40-60%[11]。

缓解极端天气下电力供需矛盾是建筑参与电网互动的重要场景，电动汽车是其中重要 资源。据预测，2030 年中国电动汽车保有量将达到 8000 万辆。全国达 1310 万辆，作为 代表性的典型城市上海 2022 年电动汽车保有量 99.07 万辆，预测到 2030 年，上海电动汽车保有量将达到 605 万辆，相应充电负荷尖峰预计将达到 5041MW[12]，电动汽车形成的可 调负荷通过灵活参与电网互动，将有效降低上海负荷峰谷差，缓解局部地区电力供应压力。 建筑负荷中，空调负荷可以通过间歇开关或柔性调控的方式削减，照明负荷可通过点 位选取控制照明设施灵活开关。电动汽车作为具有流动性的双向调节资源，现阶段可以通 过避峰充电参与电网调节，后续有望在 V2G 技术试点成熟后逐步推开，在尖峰时段参与 出力进行顶峰调节，以及参与调频辅助服务，提升新型电力系统灵活调节能力，通过减少 增量电网容量、增量调峰调频电厂建设等方式，间接减少碳排放。

（2）工业场景下虚拟电厂资源分析

工业企业，尤其是高耗能企业在用电形势紧张的情况下应当参与电网避峰错峰，主要 资源依赖于企业的大型生产设备。高耗能工业企业供电稳定性及电费成本波动对企业发展 影响巨大。同时，国家强化能耗“双控”约束，倒逼高耗能行业加大节能减排改造力度。 在东北等重点工业省份，钢铁、有色金属石油石化、化工等高耗能行业是重要的支柱产业， 而电费是核心工艺环节最主要的生产成本。因而，企业一般选择利用低谷电价政策，集中 在夜间生产，造成局部电网白天利用率低，夜间电网负载率过高，甚至可能威胁局部电网 运行安全和电力供应。

在我国，工业可调节负荷资源潜力巨大，不同行业调节情况参差不齐。截至 2021 年 底，削峰负荷排名中前 15 的行业均为工业，合计 2078.20 万千瓦，占可调节负荷资源库 容量的 35.52%，其中行业主要集中在水泥、石灰和石膏制造、钢压延加工、炼钢等；截 至 2021 年底，填谷负荷排名中前 15 的行业均为工业，合计 674.56 万千瓦，占可调节负 荷资源库容量的 45.38%，其中行业主要集中在钢压延加工、炼钢、电子和电工机械专用 设备制造等 [13]。

由于工业设备具有高价值且连续运行的特点，需要确保生产安全和设备安全，因此可 从以下三方面入手：首先，应提前调查和登记工业企业具有错峰能力的设备和生产环节， 通过梳理生产工业流程和设备运行特性，形成可控负荷主体群，预先生成安全、智能的调 控策略。其次，对生产线进行智能化改造，帮助企业在电网负荷过高时，主动切除支持短 时停电的生产线，避免因整体拉闸限电造成的损失，使生产线可以快速响应电网负荷调节需求。最后，还可以适应实时电力市场电价波动，不断扩大工业负荷参与市场化交易的能 力和规模，让企业通过市场化手段获得降低用电成本的实惠，形成以市场为驱动的虚拟电 厂商业模式，构建面向能源互联网的共享生态。

3.虚拟电厂资源潜力分析及验证

（1）不同场景下的虚拟电厂潜力分析方法

由于虚拟电厂资源种类丰富且特性各异，对虚拟电厂进行潜力分析和验证需要结合实 际应用场景下的聚集和互动策略，综合用电、气象、经济等数据，评估虚拟电厂在不同条 件下的潜力和可行性，并验证其在实际应用中的性能和效益。 虚拟电厂通过主动参与电网运行控制，与电网进行能量互动，其潜力是指虚拟电厂内 部的各类灵活性资源调节正负出力大小的能力。对虚拟电厂潜力进行合理分析评估，有利 于虚拟电厂在低碳运营模式下参与市场交易的过程中发挥最大的优势，获得最佳经济效益 和社会效益。

目前虚拟电厂参与电力系统优化调度时空动态调控潜力估计常用到数据驱动法和物理 建模法。数据驱动方法指利用历史数据和统计分析方法，建立对虚拟电厂运行情况的模型， 通过数据分析预测虚拟电厂的潜力。物理模型法指利用建模和优化方法，对虚拟电厂进行 建模和仿真，评估其供需平衡、能源利用效率和经济性等方面的潜力。通过虚拟电厂资源 筛选、预测，建立细分可再生能源电源、工业削峰负荷、工业调峰负荷、城市商业和居民 的可调节负荷潜力测算模型，实现虚拟电厂潜力精细化分析。

（2）虚拟电厂潜力在线验证方法

虚拟电厂在线验证方法通常包括仿真测试方法和运行监控方法。仿真测试方法指在实 验室环境下对虚拟电厂进行测试和验证，包括能源设备的性能、控制策略的效果、协调运 行的可行性等方面。常用的实验室测试方法包括硬件实验、仿真实验和模型验证等。运行 监控方法需要在实际场景中对虚拟电厂进行测试、监测和验证，通过实际运行，验证虚拟 电厂的供应能力、功率平衡、调度灵活性和经济性等指标，评估其运行情况和效果。结合 实际数据和运行结果，对虚拟电厂的性能和效益进行评估和验证。 具体到虚拟电厂节电潜力计算验证方法，国标《GB/T 37016-2018 电力用户需求响应 节约电力测量与验证技术要求》中要求了用户参与需求响应时采用日期匹配法计算用户负荷基线 [14]。此外《GB/T 37016-2018 电力用户需求响应节约电力测量与验证技术要求》还 对典型日确定方法、基线负荷计算修正、节约电力计算等方面进行了规定。虚拟电厂在参 与需求响应服务时，节电潜力的计算验证方法可根据该标准开展执行。